ROUDAN PAKSUUS LUMETTOMILLA ALUEILLA ILMASTON LÄMMETESSÄ

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "ROUDAN PAKSUUS LUMETTOMILLA ALUEILLA ILMASTON LÄMMETESSÄ"

Ville-Veikko Sala
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 ROUDAN PAKSUUS LUMETTOMILLA ALUEILLA ILMASTON LÄMMETESSÄ ACCLIM-hankkeen 2. osahankkeessa (T2) on arvioitu maaperän routakerroksen paksuuden muuttumista maailmanlaajuisten ilmastomallien lämpötilatietojen perusteella. Laskelmat on tehty v marraskuun ja v tammikuun välisenä aikana. Vastuuhenkilö: Kimmo Ruosteenoja, Ilmatieteen laitos. TALVEN PAKKASSUMMAN LASKEMINEN JA ROUDAN PAKSUUDEN ARVIOIMINEN Kuten ACCLIM I -hankkeen loppuraportissa (Jylhä ym., 2009) todetaan, ilmastomalleista suoraan saatavat tiedot maaperän roudan muutoksista ovat varsin puutteellisia ja heikkolaatuisia. Niitä ei sellaisenaan voida käyttää maaperän olosuhteita kuvaavien skenaarioitten pohjana. Routakerroksen talvikauden aikaista suurinta paksuutta lumettomilla alueilla voidaan kuitenkin arvioida tyydyttävästi talven pakkassumman perusteella. Laskelma toteutettiin kolmessa vaiheessa: 1. Laskettiin ensin kunkin kuukauden klimatologinen keskilämpötila eri puolilla Suomea. Perusjakson ( ) aikaiset kuukausikeskilämpötilat on jo aiemmin laskettu havaintotietojen perusteella (Venäläinen ym., 2005). Tulevat keskilämpötilat saatiin lisäämällä näihin havaittuihin lämpötiloihin 19 maailmanlaajuisen ilmastomallin tulosten perusteella laskettu lämpötilan muutos (ns. delta-menetelmä). Lämpötilanmuutosta laskettaessa otettiin huomioon sekä kasvihuonekaasujen pitoisuuksien tulevasta kehittymisestä että ilmastomallien tulosten erilaisuudesta johtuva epävarmuus tätä varten toisaalta oletettiin tarkastellut kolme kasvihuonekaasuskenaariota (B1 - pienet päästöt, A2 - suuret päästöt, A1B - näitten välimuoto) yhtä todennäköisiksi ja toisaalta annettiin kaikkien 19 ilmastomallin tuloksille yhtä suuri paino. Tällä tavoin saatiin muodostettua kuukausikeskilämpötilan normaaliarvojen todennäköisyysjakaumat kolmelle 30-vuotisjaksolle ( , ja ). Menetelmästä, kasvihuonekaasuskenaarioista ja käytetyistä ilmastonmuutosmalleista on kerrottu tarkemmin Jylhän ym. (2009) raportissa. 2. Keskilämpötiloista laskettiin päivittäiset klimatologiset lämpötilat Fourier-sarjakehitelmän avulla (Ruosteenoja ym., 2009). Näistä lämpötiloista voidaan edelleen määrittää talvikauden pakkassumma (kuva 1). 3. Pakkassummista saadaan arvioitua roudan paksuus tunnetun Stefanin (1890) kaavan avulla: D = c F S

2009 tammikuun välisenä aikana. Vastuuhenkilö: Kimmo Ruosteenoja, Ilmatieteen laitos. TALVEN PAKKASSUMMAN LASKEMINEN JA ROUDAN PAKSUUDEN ARVIOIMINEN Kuten ACCLIM I -hankkeen loppuraportissa (Jylhä ym.

2 Kuva 1. Vuorokauden keskilämpötilan vuotuinen kulku hilapisteessä N, E (Jyväskylän lähellä) jakson aikana laskettuna kuukausikeskilämpötiloista Fourier-kehitelmän avulla. J=tammikuu, F= helmikuu, jne. Talven pakkassummaa kuvaa se pinta-ala, joka jää lämpötilakäyrän ja 0 C:een tason väliin sinä aikana vuodesta, jolloin keskilämpötila on pakkasen puolella (tässä hilapisteessä marraskuun alusta huhtikuun alkuun). Kertoimelle käytetään arvoa c = 5.49 cm ( C vrk) 1, mikä kuvaa hiekkamaan termodynaamisia ominaisuuksia (Hentilä ym., 1994). Esimerkiksi savimaalla kerroin ja siten myös kaavan antama roudan paksuus on n % pienempi. Pakkassumman F S yksikkö on C vrk. Kuvattua menetelmää käyttäen voidaan arvioida talvikauden suurinta roudan paksuutta, joka mitataan alkukeväästä ennen sulamiskauden alkua. Kaavan avulla on mahdollista arvioida myös roudan paksuutta eri aikoina syksyllä ja talvella, niin kauan kuin routakerros vahvistuu. Sen sijaan roudan sulamisvaihetta nyt käytetty laskentatapa ei osaa kuvata.

Talven pakkassummaa kuvaa se pinta-ala, joka jää lämpötilakäyrän ja 0 C:een tason väliin sinä aikana vuodesta, jolloin keskilämpötila on pakkasen puolella (tässä hilapisteessä marraskuun alusta

3 TULOKSIA: ROUDAN PAKSUUDEN MUUTTUMINEN Kuva 2. Maaperän routakerroksen talvikauden aikainen keskimääräinen suurin paksuus lumettomilla alueilla neljän 30-vuotisjakson aikana ( , , ja ). Tässä laskelmassa on käytetty lämpötilan nousulle parasta arviota eli todennäköisyysjakauman mediaania. Yksikkö cm.

lumettomilla alueilla neljän 30-vuotisjakson aikana (1971-2000, 2010-2039, 2040-2069

4 Kuva 3. Maaperän routakerroksen talvikauden aikainen keskimääräinen suurin paksuus (cm) lumettomilla alueilla neljän 30-vuotisjakson aikana. Tässä laskelmassa on oletettu lämpötilan nousevan hyvin voimakkaasti, niin että tätä suuremman lämpötilan nousun todennäköisyys on mallitulosten perusteella 5% (todennäköisyysjakauman 95. prosenttipiste).

lumettomilla alueilla neljän 30-vuotisjakson aikana.

5 Kuva 4. Maaperän routakerroksen talvikauden aikainen keskimääräinen suurin paksuus (cm) lumettomilla alueilla neljän 30-vuotisjakson aikana. Tässä laskelmassa on oletettu lämpötilan nousevan hyvin niukasti, niin että tätä vähäisemmän lämpötilan nousun todennäköisyys on 5% (todennäköisyysjakauman 5. prosenttipiste).

(cm) lumettomilla alueilla neljän 30-vuotisjakson aikana.

6 JOHTOPÄÄTOKSIÄ VAROITUS: laskelmat pätevät ainoastaan sellaisilla alueilla, joilta lumi aurataan tai lapioidaan pois: tiet, pihamaat, lentokentät, ym. Laskutapa ei sovellu esimerkiksi metsä- ja viljelymaille, jotka ovat ainakin suuren osan pakkasvuodenajasta lumen peitossa. Lumi eristää tehokkaasti lämpöä, ja näin routakerros jää paljon ohuemmaksi. Roudan paksuuden arvioiminen kokonaan tai osittain lumipeitteisillä alueilla edellyttäisi paljon monimutkaisempia laskentamenetelmiä kuin mitä tässä on käytetty. Ilmaston lämmetessä routa hupenee. Mikäli lämpötila nousee mallien keskimäärin ennustamalla nopeudella, lounaiset saaristoalueet olisivat tämän vuosisadan loppuvuosikymmeninä tavanomaisena talvena valtaosin roudattomia (kuva 2, oikean alareunan kartta). Toki maan pintakerros voi pakkasjakson sattuessa jäätyä vähäksi aikaa, mutta pian suojasäät taas sulattavat roudan. Keski-Suomessa routaa olisi tuolloin cm, saman verran kuin nykyisin Ahvenanmaalla. Lapissa routakerros olisi puolitoistametrinen, mikä vastaa nykyilmastossa Etelä-Suomen sisämaata. Jos lämpötila nousu osuu lähelle epävarmuushaarukan yläreunaa, maa pysyisi vuosisadan lopulla sulana kaikkialla Länsi-Suomessa ja etelärannikon läheisyydessä (kuva 3, oikean alareunan kartta). Lapissakin routaa olisi enintään metrin verran, siis kuten nykyään lounaisrannikolla. Vaikka lämpötilan nousu jäisi lähelle epävarmuusvälin alarajaa (kuva 4), routakerros ohenee silti. Tässä tapauksessa routaa kuitenkin esiintyisi vielä vuosisadan lopullakin kaikkialla maassa, Lapissa parin metrin verran. Tutkimuksessa käytetty lämpötilan nousun epävarmuushaarukka ottaa huomioon sekä kasvihuonekaasuskenaarioitten erilaisuuden että eri mallien tulosten erot. Tässä tutkimuksessa on laskettu ainoastaan roudan paksuuksia lämpöoloiltaan tyypillisenä talvena, nykyisen tai tulevan ilmaston vallitessa. Leutoina talvina routaa on luonnollisesti vähemmän, ankarina enemmän. Roudan määrän vuosienvälistä vaihtelua on arvioitu (tuonaikaisen suppeamman ja vanhemman malliaineiston perusteella tokkiinsa) Venäläisen ym. (2000) tutkimuksessa. Laskentakaavassa esiintyvän kertoimen c arvo riippuu maalajista. Routakarttoja piirrettäessä kertoimelle on käytetty tyypillistä hiekkamaata kuvaavaa vakioarvoa. Jos halutaan saada arvio roudan paksuudesta jonkin muun tyyppisessä maaperässä, se onnistuu helposti skaalaamalla esitetyt tulokset näitä maalajeja vastaavien kertoimien suhdeluvulla. Kertoimien arvoja erityyppisillä maalajeilla on annettu Hentilän ym. (1994) raportin taulukossa 9 (huomaa, että yksikkö on eri kuin tässä tutkimuksessa käytetty).

Roudan paksuuden arvioiminen kokonaan tai osittain lumipeitteisillä alueilla edellyttäisi paljon monimutkaisempia laskentamenetelmiä kuin mitä tässä on käytetty. Ilmaston lämmetessä routa hupenee.

7 KIRJALLISUUSVIITTEITÄ Hentilä, V., E. Slunga ja A. Palolahti, 1994: Roudan vaikutusten mallintaminen. Tielaitoksen selvityksiä 8/1994. Jylhä, K., ym., 2009: Arvioita Suomen muuttuvasta ilmastosta sopeutumistutkimuksia varten ACCLIM I -hankkeen tuloksia. Valmisteilla oleva raportti. Ruosteenoja, K., J. Räisänen ja P. Pirinen, 2009: Projected changes of thermal seasons and the growing season in Finland. (Valmisteluvaiheessa oleva artikkelikäsikirjoitus) Stefan, J., 1890: Über die Theorie der Eisbildung, insonderes über die Eisbildung im Polarmeere. Ann. Phys. U. Chem., Neue Folge, 42:2, Venäläinen, A, H. Tuomenvirta, P. Pirinen and A. Drebs, 2005: A basic Finnish climate data set Description and illustrations. Reports 2005:5. Finnish Meteorological Institute, Helsinki, Finland. Venäläinen, A., H. Tuomenvirta, R. Lahtinen ja M. Heikinheimo, 2000: Ilmaston lämpenemisen vaikutus routaan lumettomilla paikoilla Suomessa. Meteorologisia julkaisuja 43, Ilmatieteen laitos.

Pirinen, 2009: Projected changes of thermal seasons and the growing season in Finland. (Valmisteluvaiheessa oleva artikkelikäsikirjoitus) Stefan, J.

Samankaltaiset tiedostot

Miten Suomen ilmasto muuttuu tulevaisuudessa?

28.1.2019 Miten Suomen ilmasto muuttuu tulevaisuudessa? Ari Venäläinen, Ilari Lehtonen, Kimmo Ruosteenoja, Mikko Laapas, Pentti Pirinen Ilmatieteen laitos, Sään ja ilmastonmuutoksen vaikutustutkimus Ilmastonmuutosta